Page 121 - 《精细化工》2020年第5期
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第 5 期 邢 宇，等: 合成气直接制低碳烯烃用 Fe/K/Mg-O-Al 催化剂 ·971·
察到碳酸钾的相应热分解物相（K 2 O）的衍射峰。 各催化剂中 MgAl 2 O 4 相、β-Al 2 O 3 相、α-Al 2 O 3 的结
在 CO 加氢反应后，从反应器中拆除的催化剂 构均保持稳定。
的 XRD 谱图如图 1c 所示。反应后催化剂 M0 的结 所用 Fe/K/Mg—O—Al 催化剂的组成中，载体
晶相是 MgCO 3 相（JCPDS: 08-0479），说明新鲜催 相是 Mg—O—Al，活性组分是铁，助剂是钾。碳化
化剂中 MgO 相在 CO 加氢反应中是不稳定的，会与 铁（Fe 5 C 2 ）是铁基费托催化剂中铁物种的最常见活
费托产物之一的 CO 2 发生化合反应生成 MgCO 3 相。 性态 [28] 。X 射线粉末衍射（XRD）是鉴定物相的权
反应后催化剂 M0 中的铁物种是 X 射线无定形的。 威方法。以反应性能最显著的催化剂 M2（因其具有
=
=
反应后催化剂 M2 和 M4 的结晶相包括 β-Al 2 O 3 相、 最高的 C 2 ~C 4 烃产物分布值）为例，XRD 结果表明，
0
MgAl 2 O 4 相和 Fe 5 C 2 相（JCPDS: 51-0997），说明这 其新鲜还原态中铁的价态为 0，即呈金属 Fe 态；其
0
两种催化剂中的 Fe 相在费托反应过程中碳化生成 在 CO 加氢反应后铁的价态为 1.6，即呈碳化铁 Fe 5 C 2
了碳化铁活性相。反应后催化剂 M8 的结晶相包括 态。穆斯堡尔谱文献表明，Fe 5 C 2 中的铁具有 3 种状
α-Al 2O 3 相、MgAl 2O 4 相和 Fe 5C 2 相。在 CO 加氢反应 态。因此，铁具有混合价态 [28] 。
后的所有催化剂中均没有观察到 MgO 相的衍射峰， 2.2 孔结构特征
说明催化剂 M2、M4、M8 中的 MgAl 2 O 4 相在反应 代表性催化剂 M2 的氮气物理吸附结果，如图 2
过程中没有发生分解。综上，在 CO 加氢反应后， 所示。
图 2 新鲜还原态催化剂 M2 的氮气物理吸附结果
Fig. 2 N 2 sorption measurements of freshly reduced catalyst M2
如图 2 所示，用氮气吸附-脱附实验测定了代表 剂 M2 的主孔径尺寸为 1.7 nm，平均孔直径（4V/A）
2
性催化剂 M2（新鲜还原态）的孔结构特征。催化剂 为 46.2 nm，BJH 比表面积为 29.0 m /g，总孔体积
3
M2 的 N 2 吸附-脱附等温线为 IUPAC 分类的第Ⅳ型 为 0.21 cm /g。
等温线，表明该催化剂属于介孔吸附剂 [29] 。其滞后环 2.3 扫描电子显微镜测试
类似于 IUPAC 分类的第 H3 型，表明催化剂 M2 的 场发射电子显微镜用于观察代表性催化剂 M2
介孔是由片/板状颗粒聚集而成的狭缝形孔隙 [29] 。催化 （新鲜还原态）的微观形貌，结果如图 3 所示。
图 3 新鲜还原态催化剂 M2 在不同放大倍数下的 FESEM 图像
Fig. 3 FESEM images of freshly reduced catalyst M2 at different magnification
图 3 为喷金处理后的高清晰度 FESEM 图像。由 图 3a 可见，催化剂 M2 由两种构造组成，一种为呈
